五沟式氧化沟的设计及运行

吴华明1，陈启德2
( 1.南京市市政设计研究院，江苏南京210008；2.南通市污水处理厂，江苏南通?226006)

　　摘　要：从设计和运行两个方面对南通市污水处理厂的五沟式氧化沟工艺进行了总结。投产以来的运行实践表明，该工艺的容积、设备利用率高，并可实现全时反硝化；同时也存在着需进一步提高除磷效率、各沟中污泥浓度分布不均等问题，有待进一步完善。
　　关键词：五沟式氧化沟；运行；设计参数
　　中图分类号：X505
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)11-0053-03

　　南通市污水处理厂工程的一期处理规模为2.5×10⁴m³/d，以处理工业废水为主(化纤、印染、制药、皮革、酿造等废水，所占比例在80%以上)。设计进水BOD₅为350mg/L，SS为250mg/L，出水需达到《污水综合排放标准》(GB8978—96)中的二级标准，处理工艺为创新的五沟式氧化沟，厂区总占地面积为6.75hm²。该工程自1994年6月建成投产以来一直满负荷运行，处理效果良好。

1　五沟式氧化沟的设计及特点

1.1　五沟式氧化沟
　　在该厂的设计过程中，曾考虑采用三沟式氧化沟工艺。针对该厂设计进水BOD₅达350mg/L的情况，通过计算发现三沟式氧化沟的容积偏大，特别是当边沟作沉淀池时其水力停留时间达10h以上，造成了容积的浪费(容积利用率仅为55%)，同时其设备利用率也较低，故较高浓度的污水采用三沟式氧化沟工艺进行处理是不经济的。
　　由三沟式氧化沟的工作原理可知，其中间沟一直作为生化反应池，如增加中间沟的容积即可增加容积及设备的利用率，从而降低工程造价。为此，提出了五沟式氧化沟的概念，即以等容积的五条环形沟并联组成五沟式氧化沟，各沟之间以孔洞连通，两边沟交替作为沉淀池、生化池，中间三条沟作为生化池，配水井可交替向五条沟中的任一条沟配水，并通过控制转刷的开、停以及高、低速运行来达到各沟中好氧、缺(厌)氧、沉淀等不同的运行状态。
1.2　五沟式氧化沟的设计
　　南通市污水厂(一期工程)采用1座五沟式氧化沟，主要设计参数：污泥负荷为0.08kgBOD₅/(kgMLSS·d)，混合液浓度为4g/L。氧化沟总容积为40866m³，每沟容积为8173m³，平面尺寸为102.75m×120.5m，有效水深为3.5m，沟宽为10m。配备25台直径为1m、有效长度为9m的双速曝气转刷。
1.3　运行模式及特点
　　五沟式氧化沟的运行模式类似于三沟式氧化沟，其两边沟交替作为沉淀池和曝气池，中间三沟(交替进水)作为缺氧池、好氧池。沟内配备带双速电机的曝气转刷，其在高速运行时曝气充氧，在低速运行时维持沟内的混合液流动，为反硝化创造一个缺氧环境。该工程采用的工作周期为8h，运行方式分为6个阶段(见图1)。?
　　阶段A(1.5h)：污水进入1号沟，由5号沟出水。1号沟转刷低速运行，因处于缺氧状态而进行反硝化；2、3、4号沟转刷高速运行，进行有机物的降解和硝化。?
　　阶段B(1.5 h)：污水进3号沟，仍由5号沟出水。3号沟转刷低速运行，处于缺氧状态而进行反硝化；1、2、4号沟转刷高速运行。
　　阶段C(1h)：污水进入2号沟，由5号沟出水。2号沟转刷低速运行，3、4号沟转刷高速运行；1号沟转刷停开，处于出水过渡状态。?
　　阶段D(1.5 h)：污水进入5号沟，由1号沟出水。5号沟转刷低速运行，处于缺氧状态；2、3 、4号沟转刷高速运行。?
　　阶段E(1.5 h)：污水进入3号沟，仍由1号沟出水。3号沟转刷低速运行，2、4、5号沟转刷高速运行。?
　　阶段F(1 h)：污水进4号沟，仍由1号沟出水。4号沟转刷低速运行，2号、3号沟转刷高速运行；5号沟转刷停止运行，处于出水过渡状态。?

　　上述各阶段的时间设定及运行周期可根据实际情况进行适当调整。氧化沟的进、出水和转刷的开停及其转速的高低都通过PLC控制。为节省电耗按运行的实际需要充氧，在每条沟中都设有DO探头，当某一沟中DO测定值大于其设定值时则该沟中的转刷逐台由高速变为低速运行。?
　　由运行方式可见，五沟式氧化沟每条沟每天用于生物处理的时间：1、5号沟为9h，2、3、4号沟为24h。由此可得出五沟式氧化沟的容积利用率为0.75，比三沟式氧化沟的容积利用率(0.55)提高了20%，同样设备利用率也提高了20%。另外，采用五沟式氧化沟与采用三沟式氧化沟相比，其池体体积、曝气转刷数可减少27%，工程投资可减少20%～30%，经济效益显著。另外，五沟式氧化沟能够实现全时反硝化，即五沟中总有一沟处于缺氧反硝化运行状态。全时反硝化可达到更高的脱氮效率，减少耗氧量，并节省能耗。而三沟式氧化沟每天只有13.5h处于反硝化运行状态。?

2　运行效果

　　该工程自1994年6月投产以来一直满负荷运行。在运行的前几年主要处理工业废水，其进水BOD₅、SS、COD高且变化幅度大，年平均进水水质指标值超过设计值。后几年，随着城市污水管网的不断完善则城市生活污水的接入量逐年增加，污水厂进厂水质指标值逐 年下降(见表1)，进水水质指标值超过设计值的天数逐年减少，进而年平均进水水质指标值逐渐下降到设计值(见图2)。

表1　每年进水水质指标值超设计标准天数　　d 年份 BOD₅(＞350mg/L) SS(＞250mg/L) COD(＞1000mg /L) 1994 160 64 61 1995 167 37 50 1996 138 33 19 1997 73 26 10 1998 91 34 25 1999 46 50 23 2000 20 52 9 2001 23 32 15

　　由表1和图2可知，虽然进水水质指标值高于设计值，且水质变化幅度大(最高日进水BOD₅是设计值的4倍)，但出水BOD₅、SS、COD仍能满足排放要求，充分体现了氧化沟耐冲击负荷、运行稳定的特点。?

3 存在问题及分析

　　①进水污染物浓度高、变化幅度大，特别是进水呈酸性(常年进水的pH值为6.5左右，最低pH值为3～4)，严重影响生物处理系统的运行并降低了设备的使用寿命，如进厂管道就曾因腐蚀而塌陷。污染物浓度高、变化幅度大反映了排放废水工厂的内部预处理没有达到要求。?
　　②有时出水中氨氮浓度仍偏高，氨氮去除率低，不能满足现行的《污水综合排放标准》(GB8978—1996)中的二级标准要求。其原因主要有二，一是进水NH₃-N浓度高(为100mg/L左右) 而pH值和碱度低(为200mg/L左右)。进水NH₃-N与碱度的比值过低导致了NH₃-N的硝化难以完成，从而不能完全发挥该工艺全时反硝化的特点；二是该工程全部采用了国产设备，其故障率高,因而影响了工艺的正常运行。针对上述问题，采取的对策是严格控制工业废水的排放和提高设备的质量。首先应重点控制排水呈酸性的和排放含高浓度NH₃-N废水的企业，对前者严格要求其进行厂内预处理至中性后方能排入城市排水管网，对后者要求其进行厂内脱氮(可采用吹脱等经济的方法)；其次，对曝气转刷等关键设备应优先选用国外产品。?
　　③一期工程的进水磷含量较低(1～3mg/L)，其大部分被微生物同化利用，出水磷含量可稳定在0.5mg/L以下。但随着城市生活污水接入量的增加则进水BOD₅/P的比例有减小的趋势，故仅依靠微生物的同化作用不能满足出水磷的排放要求。五沟式氧化沟同三沟式氧化沟一样，没有一个绝对的厌氧段，因而生物除磷的能力有限。此外，在一期工程的运行过程中也发现，增加曝气量会导致出现大量泡沫，其带动污泥上浮而造成污泥流失。再者，五沟式氧化沟中的污泥浓度也分布不均，其边沟污泥浓度为中间沟的1倍左右。上述问题需通过对五沟式氧化沟进行改进来加以解决。

4　结语

　　五沟式氧化沟耐冲击负荷，出水水质稳定。其容积利用率高达75%，因而可节省大量投资。五沟式氧化沟能实现全时反硝化脱氮，故可获得更高的脱氮效率。但同时它也存在需进一步提高除磷效率、各沟中污泥浓度分布不均等问题，有待进一步完善。

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　　收稿日期：2002-04-27